JP2004335147A

JP2004335147A - Fuel cell

Info

Publication number: JP2004335147A
Application number: JP2003125674A
Authority: JP
Inventors: Masajiro Inoue; 雅次郎井ノ上; Shigetoshi Sugita; 成利杉田; Hiroshi Shinkai; 洋新海
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2004-11-25

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell which uniformly ensures reaction distribution on a power generation interface and keeps good power generation performance in simple constitution. <P>SOLUTION: The fuel cell 10 has first and second metallic separators 14, 16 between which a electrolyte membrane/electrode structure 12 is interposed. Fuel gas flows in the vertically upper direction along a fuel gas passage 32 and oxidizing agent gas flows in the vertically lower direction along an oxidizing agent gas passage 44. The oxidizing agent gas passage 44 and the fuel gas passage 32 are constituted so that each length L of an oxidizing agent gas straight groove 48 and a fuel gas straight groove 36 is shorter than the whole width W crossing them. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質の両側にそれぞれ電極を設けた電解質・電極構造体と、前記電解質・電極構造体を挟持する一対のセパレータとを設けた燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータにより挟持している。この種の燃料電池は、通常、電解質（電解質膜）・電極構造体およびセパレータを所定数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
上記の燃料電池では、セパレータの面内に、アノード側電極に沿って燃料ガスを流すための燃料ガス流路と、カソード側電極に沿って酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路とが設けられている。また、セパレータ間には、必要に応じて冷却媒体を流すための冷却媒体流路が前記セパレータの面方向に沿って設けられている。
【０００５】
この場合、所望の発電機能を維持するとともに、ガス流路内に液体状態の水が滞留することを阻止するために、特許文献１の固体高分子電解質型燃料電池が知られている。
【０００６】
この特許文献１では、図１２に示すように、セパレータ１に直線状の複数のガス流路溝２が形成されており、前記ガス流路溝２のガス流れ方向の寸法Ｈ１は、該ガス流路溝２のガス流路溝部の全幅寸法Ｈ２の１．５倍に設定されている。これにより、ガス流路溝２の流体抵抗値を、従来に比べて略２倍に増大することができる、としている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−３３３５９０号公報（段落［００２４］、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電解質・電極構造体が部分的に乾燥したり、滞留水が発生したりすることがなく、前記電解質・電極構造体を構成する固体高分子電解質膜の水分量を全体的に均一に維持するために、酸化剤ガス流れ方向との燃料ガス流れ方向とを、互いに逆方向（対向流）に設定する構成が採用されている。
【０００９】
しかしながら、上記の特許文献１では、ガス流路溝２が長尺であるため、前記ガス流路溝２のガス流れ方向両端に酸化剤ガス入口および燃料ガス入口が設けられると、前記酸化剤ガス入口と前記燃料ガス入口との間隔（Ｈ１）が大きくなってしまう。従って、酸化剤ガス入口から供給される酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口に向かって、すなわち、燃料ガス入口に向かって、酸素濃度が低下する。同様に、燃料ガス入口から供給される燃料ガスは、燃料ガス出口に向かって、すなわち、酸化剤ガス入口に向かって、水素濃度が低下する。
【００１０】
これにより、電解質・電極構造体を挟んで互いに反応する酸素濃度と水素濃度とが、発電面の面方向に沿って変動してしまい、前記発電面内における反応分布を均一に確保することができず、効率的な発電性能を維持することができないという問題がある。しかも、圧力降下が大きくなり、燃料電池システムの発電効率が低下してしまう。
【００１１】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、発電面内における反応分布を均一に確保することができ、良好な発電性能を維持することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る燃料電池では、一方のセパレータと電極との間には、一方の電極面に沿って直線状に燃料ガスを供給する複数の直線溝形状の燃料ガス流路が設けられ、他方のセパレータと電極との間には、他方の電極面に沿って直線状に酸化剤ガスを供給する複数の直線溝形状の酸化剤ガス流路が設けられる。そして、燃料ガス流路を流れる燃料ガスと酸化剤ガス流路を流れる酸化剤ガスとは、互いに対向流を構成するとともに、前記燃料ガス流路および前記酸化剤ガス流路は、前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの流れ方向の寸法が該燃料ガスおよび該酸化剤ガスの流れ方向に交差する全幅寸法よりも短尺に構成される。
【００１３】
このため、水分量の少ない燃料ガス流路の入口側と、水分量の多い酸化剤ガス流路の出口側とが対向し、電解質・電極構造体が部分的に乾燥したり、滞留水が発生したりすることがない。従って、電解質・電極構造体を構成する電解質の水分量を全体的に均一に維持することが可能になり、簡単な構成で、前記電解質を所望の加温状態に有効に維持することができ、良好な発電機能を確実に得ることが可能になる。
【００１４】
さらに、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路は、比較的短尺でかつ直線溝形状に構成されているため、酸化剤ガス入口と燃料ガス入口との間隔が小さくなる。これにより、発電面の面方向に沿って移動する燃料ガスおよび酸化剤ガスは、それぞれ出入口近傍間での濃度変化が減少される。従って、発電面内で部分的に反応が集中したり、反応が不十分になったりすることがなく、前記発電面内における反応分布を均一に確保することができる。このため、発電面内の単位面積当たりの反応比率が向上し、良好な発電性能を維持することが可能になる。
【００１５】
また、本発明の請求項２および請求項５に係る燃料電池では、燃料電池は、電解質である固体高分子電解質膜を設ける固体高分子型燃料電池である。これにより、固体高分子電解質膜の両面に沿って燃料ガスと酸化剤ガスとが対向流を構成し、酸化剤ガスに含まれる水分が前記固体高分子電解質膜を透過して前記燃料ガスを良好に加湿することができる。
【００１６】
さらに、本発明の請求項３および請求項６に係る燃料電池では、セパレータには、積層方向に貫通して燃料ガス流路に連通する燃料ガス連通孔および酸化剤ガス流路に連通する酸化剤ガス連通孔が設けられて内部マニホールド型燃料電池を構成するとともに、前記燃料ガス連通孔および前記酸化剤ガス連通孔は、少なくとも前記セパレータの鉛直方向両端に配置される。従って、簡単な構成で、重力の作用下に燃料ガス流路および酸化剤ガス流路に滞留水が発生することを確実に阻止することが可能になる。
【００１７】
さらにまた、本発明の請求項４に係る燃料電池では、一方の電極には、一方の電極面に沿って燃料ガスを供給する多孔質形状の燃料ガス流路が設けられ、他方の電極には、他方の電極面に沿って酸化剤ガスを供給する多孔質形状の酸化剤ガス流路が設けられる。具体的には、両電極を構成する両ガス拡散層が多孔質材で形成され、それぞれのガス拡散層内には、空孔部分を連ねて燃料ガス流路と酸化剤ガス流路とが設けられる。
【００１８】
そして、燃料ガス流路を流れる燃料ガスと酸化剤ガス流路を流れる酸化剤ガスとは、互いに対向流を構成するとともに、前記燃料ガス流路および前記酸化剤ガス流路は、それぞれ前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの流れ方向の寸法が該燃料ガスおよび該酸化剤ガスの流れ方向に交差する全幅寸法よりも短尺に構成される。すなわち、各ガス拡散層自体が幅広に構成される。
【００１９】
従って、簡単な構成で、電解質を所望の加温状態に有効に維持するとともに、発電面内における反応分布を均一に確保することができ、良好な発電性能を有することが可能になる。しかも、セパレータは、電解質・電極構造体に接する面が平坦に構成されており、前記セパレータを容易かつ安価に製造することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０の要部分解斜視図であり、図２は、前記燃料電池１０の一部断面図である。
【００２１】
図１に示すように、燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１２が、第１および第２金属セパレータ１４、１６に挟持されている。なお、第１および第２金属セパレータ１４、１６は、例えば、カーボン製プレートにより構成してもよい。
【００２２】
燃料電池１０の矢印Ｂ方向（図１中、鉛直方向）の一端縁部（下端縁部）中央には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔２０ｂが設けられる。この酸化剤ガス出口連通孔２０ｂの両側には、冷却媒体を供給するための２つの冷却媒体入口連通孔２２ａと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための２つの燃料ガス入口連通孔２４ａとが、矢印Ａ方向に互いに連通して設けられる。
【００２３】
燃料電池１０の矢印Ｂ方向（図１中、鉛直方向）の他端縁部（上端縁部）中央には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔２４ｂが設けられる。この燃料ガス出口連通孔２４ｂの両側には、冷却媒体を排出するための２つの冷却媒体出口連通孔２２ｂと、酸化剤ガスを供給するための２つの酸化剤ガス入口連通孔２０ａとが、矢印Ａ方向に互いに連通して設けられる。
【００２４】
電解質膜・電極構造体１２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２６と、前記固体高分子電解質膜２６を挟持するアノード側電極２８およびカソード側電極３０とを備える。
【００２５】
アノード側電極２８およびカソード側電極３０は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されてなる電極触媒層とを有する。電極触媒層は、互いに固体高分子電解質膜２６を介装して対向するように、前記固体高分子電解質膜２６の両面に接合されている。
【００２６】
第１金属セパレータ１４のアノード側電極２８に対向する面１４ａには、燃料ガス入口連通孔２４ａと燃料ガス出口連通孔２４ｂとに連通する直線溝形状の燃料ガス流路３２が設けられる。図３に示すように、燃料ガス流路３２は、面１４ａの下部側に複数のエンボスを設ける入口バッファ部３４ａと、前記面１４ａの上部側に複数のエンボスを設ける出口バッファ部３４ｂと、前記入口バッファ部３４ａおよび前記出口バッファ部３４ｂ間に鉛直方向（矢印Ｂ方向）に直線状に延在して設けられる複数の燃料ガス直線溝３６とを備える。
【００２７】
燃料ガス流路３２は、燃料ガス直線溝３６の長さ方向（矢印Ｂ方向）の寸法（燃料ガスの流れ方向の寸法）Ｌが、複数の前記燃料ガス直線溝３６の幅方向（矢印Ｃ方向）に向かう全幅寸法（燃料ガスの流れ方向に交差する幅寸法）Ｗよりも短尺に構成される。すなわち、Ｌ／Ｗ≦１の関係に設定される。図４に示すように、全幅寸法Ｗは、第１金属セパレータ１４の幅方向両端縁部に設けられた燃料ガス直線溝３６間の距離である。
【００２８】
図１に示すように、第１金属セパレータ１４の面１４ｂには、冷却媒体入口連通孔２２ａと冷却媒体出口連通孔２２ｂとに連通する冷却媒体流路３８が形成される。この冷却媒体流路３８は、面１４ｂの下部側に複数のエンボスを設ける入口バッファ部４０ａと、前記面１４ｂの上部側に複数のエンボスを設ける出口バッファ部４０ｂと、前記入口バッファ部４０ａおよび前記出口バッファ部４０ｂ間に矢印Ｂ方向に直線状に延在して設けられる複数の冷却媒体直線溝４２とを備える。
【００２９】
第２金属セパレータ１６のカソード側電極３０に対向する面１６ａには、酸化剤ガス入口連通孔２０ａと酸化剤ガス出口連通孔２０ｂとに連通する直線溝形状の酸化剤ガス流路４４が設けられる。酸化剤ガス流路４４は、面１６ａの下部側に複数のエンボスを設ける出口バッファ部４６ｂと、前記面１６ａの上部側に複数のエンボスを設ける入口バッファ部４６ａと、前記入口バッファ部４６ａおよび前記出口バッファ部４６ｂ間に矢印Ｂ方向に直線状に延在して設けられる複数の酸化剤ガス直線溝４８とを備える。
【００３０】
酸化剤ガス流路４４は、酸化剤ガス直線溝４８の長さ方向（矢印Ｂ方向）の寸法（酸化剤ガスの流れ方向の寸法）Ｌが、複数の前記酸化剤ガス直線溝４８の幅方向（矢印Ｃ方向）に向かう全幅寸法（酸化剤ガスの流れ方向に交差する幅寸法）Ｗよりも短尺に構成される。すなわち、Ｌ／Ｗ≦１の関係に設定される。
【００３１】
燃料ガス流路３２と酸化剤ガス流路４４とは、それぞれのＬ／Ｗを実質的に等しく設定することが望ましい。燃料ガス流路３２に供給される燃料ガスと、酸化剤ガス流路４４に供給される酸化剤ガスとが等しくなって、均一な反応が遂行されるからである。具体的には、好ましくは、Ｌ／Ｗ＜０．７、より好ましくは、Ｌ／Ｗ＜０．５に設定される。
【００３２】
この酸化剤ガス流路４４は、酸化剤ガスを鉛直下方向に流す一方、燃料ガス流路３２は、燃料ガスを鉛直上方向に流すように設定されており、前記酸化剤ガスと前記燃料ガスとは、互いに逆方向に流れる対向流を構成する。
【００３３】
第１金属セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂおよび第２金属セパレータ１６の面１６ａには、シール部材５０が、例えば、焼き付け等により一体的に設けられる。このシール部材５０は、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、またはアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材を使用する。
【００３４】
このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。
【００３５】
まず、図１に示すように、２つの燃料ガス入口連通孔２４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給されるとともに、２つの酸化剤ガス入口連通孔２０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。さらに、２つの冷却媒体入口連通孔２２ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００３６】
このため、燃料ガスは、燃料電池１０の下部側を矢印Ａ方向に移動して第１金属セパレータ１４の燃料ガス流路３２に供給される。図３に示すように、燃料ガス流路３２では、燃料ガスが入口バッファ部３４ａを介して複数の燃料ガス直線溝３６に分散され、前記燃料ガス直線溝３６に沿って鉛直上方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体１２のアノード側電極２８に供給される。
【００３７】
一方、酸化剤ガスは、図１に示すように、燃料電池１０の上部側を矢印Ａ方向に移動して第２金属セパレータ１６の酸化剤ガス流路４４に供給される。酸化剤ガス流路４４では、酸化剤ガスが入口バッファ部４６ａを介して複数の酸化剤ガス直線溝４８に分散され、前記酸化剤ガス直線溝４８に沿って鉛直下方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体１２のカソード側電極３０に供給される。
【００３８】
従って、電解質膜・電極構造体１２では、アノード側電極２８に供給される燃料ガスと、カソード側電極３０に供給される酸化剤ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
【００３９】
次いで、アノード側電極２８に供給されて消費された燃料ガスは、出口バッファ部３４ｂから燃料ガス出口連通孔２４ｂを介して矢印Ａ方向に排出される。同様に、カソード側電極３０に供給されて消費された酸化剤ガスは、出口バッファ部４６ｂから酸化剤ガス出口連通孔２０ｂを介して矢印Ａ方向に排出される。
【００４０】
また、冷却媒体入口連通孔２２ａに供給された冷却媒体は、第１金属セパレータ１４の冷却媒体流路３８に供給された後、鉛直上方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１２を冷却した後、冷却媒体出口連通孔２２ｂから排出される。
【００４１】
この場合、第１の実施形態では、燃料ガスが燃料ガス流路３２に沿って鉛直上方向に流れる一方、酸化剤ガスが酸化剤ガス流路４４に沿って鉛直下方向に流れており、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとは、互いに逆方向に流れる対向流を構成する。
【００４２】
このため、水分量の少ない燃料ガス流路３２の入口側と、水分量の多い酸化剤ガス流路４４の出口側とが対向し、前記酸化剤ガス流路４４から固体高分子電解質膜２６を透過した水分が前記燃料ガス流路３２に供給される。これにより、電解質膜・電極構造体１２が部分的に乾燥したり、滞留水が発生したりすることがない。従って、電解質膜・電極構造体１２を構成する固体高分子電解質膜２６の水分量を全体的に均一に維持することが可能になる。
【００４３】
しかも、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、鉛直方向に沿って流れるため、燃料ガス流路３２および酸化剤ガス流路４４に滞留水が発生することを確実に阻止することが可能になる。これにより、簡単な構成で、固体高分子電解質膜２６を所望の加温状態に有効に維持することができ、良好な発電機能を確実に得ることが可能になる。
【００４４】
さらに、燃料ガス流路３２は、燃料ガス直線溝３６の長さ方向（矢印Ｂ方向）の寸法Ｌが、複数の前記燃料ガス直線溝３６の幅方向（矢印Ｃ方向）に向かう全幅寸法Ｗよりも短尺に構成される（Ｌ／Ｗ≦１）。同様に、酸化剤ガス流路４４は、酸化剤ガス直線溝４８の長さ方向（矢印Ｂ方向）の寸法Ｌが、複数の前記酸化剤ガス直線溝４８の幅方向（矢印Ｃ方向）に向かう全幅寸法Ｗよりも短尺に構成される（Ｌ／Ｗ≦１）。
【００４５】
このため、燃料ガス流路３２および酸化剤ガス流路４４は、比較的短尺でかつ直線的に設けられ、燃料ガス入口連通孔２４ａと酸化剤ガス入口連通孔２０ａとの間隔が小さくなる。これにより、発電面の面方向に沿って移動する反応ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガス）は、それぞれ出入口近傍間での濃度変化が減少される。従って、電解質膜・電極構造体１２の発電面内で部分的に反応が集中したり、反応が不十分になったりすることがなく、前記発電面内における反応分布を均一に確保することができる。このため、発電面内の単位面積当たりの反応比率が向上し、良好な発電性能を維持することが可能になるという効果が得られる。
【００４６】
具体的に、Ｌ／Ｗの値を変更して出力電流値Ｉ（Ａ／ｃｍ^２）を検出したところ、図５に示す結果が得られた。これにより、Ｌ／Ｗ＞１では、反応ガスの入口、中央および出口でガス消費による濃度勾配が大きくなって、均一な反応が困難になり、あるいは一方のガスの濃度不足を惹起し、所望の発電性能を確保することができない。さらに、Ｌ／Ｗが１を超えて大きくなると、生成水が反応ガス入口から反応ガス出口に向かって累積的に滞留し易く、反応ガス流路の閉塞が発生して発電性能が低下し易い。
【００４７】
また、図６に示すように、Ｌ／Ｗ≦１では、圧損（カソード側）が許容値内に維持される。従って、反応ガスを燃料電池１０に供給するためのコンプレッサ等が大型化することがなく、設備全体を有効に小型化することが可能になる。
【００４８】
しかも、電解質膜・電極構造体１２の発電面内の一部において、高濃度の燃料ガスと高濃度の酸化剤ガスとの反応が集中することがない。このため、電解質膜・電極構造体１２の耐久寿命が短縮されることを阻止し、前記電解質膜・電極構造体１２を長期間にわたって良好に使用することが可能になる。
【００４９】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池６０の要部分解斜視図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３および第４の実施形態においても、同様にその詳細な説明は省略する。
【００５０】
燃料電池６０は、電解質膜・電極構造体６２が、第１および第２金属セパレータ（またはカーボンセパレータ）６４、６６に挟持されている。燃料電池６０の矢印Ｂ方向（図７中、鉛直方向）の一端縁部（下端縁部）および他端縁部（上端縁部）には、それぞれ積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガス出口連通孔２４ｂと、２つの冷却媒体出口連通孔２２ｂと、２つの酸化剤ガス入口連通孔２０ａとが設けられる。
【００５１】
燃料電池６０の矢印Ｂ方向の中間部には、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂと、２つの冷却媒体入口連通孔２２ａと、２つの燃料ガス入口連通孔２４ａとが、矢印Ａ方向に互いに連通して設けられる。
【００５２】
電解質膜・電極構造体６２は、矢印Ｂ方向に長尺な固体高分子電解質膜２６を備え、この固体高分子電解質膜２６の両面には、アノード側電極２８ａ、２８ｂとカソード側電極３０ａ、３０ｂとが鉛直方向に配列して設けられる。
【００５３】
図８に示すように、第１金属セパレータ６４の面６４ａには、アノード側電極２８ａ、２８ｂに対向して燃料ガス流路３２ａ、３２ｂが鉛直方向に配列して設けられる。燃料ガス流路３２ａは、燃料ガスを鉛直下方向に流す一方、燃料ガス流路３２ｂは、燃料ガスを鉛直上方向に流す。燃料ガス流路３２ａ、３２ｂは、それぞれ燃料ガス直線溝３６の長さ方向（矢印Ｂ方向）の寸法Ｌ１が、複数の前記燃料ガス直線溝３６の幅方向（矢印Ｃ方向）に向かう全幅寸法Ｗ１よりも短尺に構成される（Ｌ１／Ｗ１≦１）。
【００５４】
図７に示すように、第１金属セパレータ６４の面６４ｂには、冷却媒体流路３８ａ、３８ｂが鉛直方向に配列して形成される。冷却媒体流路３８ａは、冷却媒体を鉛直下方向に流す一方、冷却媒体流路３８ｂは、冷却媒体を鉛直上方向に流す。
【００５５】
第２金属セパレータ６６の面６６ａには、カソード側電極３０ａ、３０ｂに対向して酸化剤ガス流路４４ａ、４４ｂが鉛直方向に配列して設けられる。酸化剤ガス流路４４ａは、酸化剤ガスを鉛直上方向に流す一方、酸化剤ガス流路４４ｂは、酸化剤ガスを鉛直下方向に流す。
【００５６】
酸化剤ガス流路４４ａ、４４ｂは、それぞれ酸化剤ガス直線溝４８の長さ方向（矢印Ｂ方向）の寸法Ｌ１が、複数の前記酸化剤ガス直線溝４８の幅方向（矢印Ｃ方向）に向かう全幅寸法Ｗ１よりも短尺に構成される（Ｌ１／Ｗ１≦１）。
【００５７】
燃料ガス流路３２ａ、３２ｂと酸化剤ガス流路４４ａ、４４ｂとは、それぞれのＬ１／Ｗ１を実質的に等しく設定することが望ましい。さらに、具体的には、好ましくは、Ｌ１／Ｗ１＜０．７、より好ましくは、Ｌ１／Ｗ１＜０．５に設定される。
【００５８】
電解質膜・電極構造体６２を挟んで互いに対向する燃料ガス流路３２ａと酸化剤ガス流路４４ａとは、燃料ガスと酸化剤ガスとが互いに逆方向に流れる対向流を構成する。同様に、電解質膜・電極構造体６２を挟んで互いに対向する燃料ガス流路３２ｂと酸化剤ガス流路４４ｂとは、燃料ガスと酸化剤ガスとが互いに逆方向に流れる対向流を構成する。
【００５９】
このように構成される第２の実施形態では、２つの燃料ガス入口連通孔２４ａに燃料ガスが供給されるとともに、４つの酸化剤ガス入口連通孔２０ａに酸化剤ガスが供給される。さらに、２つの冷却媒体入口連通孔２２ａに冷却媒体が供給される。
【００６０】
このため、燃料ガスは、燃料電池６０の中間部側を矢印Ａ方向に移動して第１金属セパレータ６４の燃料ガス流路３２ａ、３２ｂに分配して供給される。図８に示すように、燃料ガス流路３２ａでは、燃料ガスが複数の燃料ガス直線溝３６に沿って鉛直下方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体６２のアノード側電極２８ａに供給される。一方、燃料ガス流路３２ｂでは、燃料ガスが複数の燃料ガス直線溝３６に沿って鉛直上方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体６２のアノード側電極２８ｂに供給される。
【００６１】
また、酸化剤ガスは、図７に示すように、燃料電池６０の下部側および上部側を矢印Ａ方向に移動して、第２金属セパレータ６６の酸化剤ガス流路４４ａ、４４ｂに供給される。酸化剤ガス流路４４ａでは、酸化剤ガスが複数の酸化剤ガス直線溝４８に沿って鉛直上方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体６２のカソード側電極３０ａに供給される。一方、酸化剤ガス流路４４ｂでは、酸化剤ガスが複数の酸化剤ガス直線溝４８に沿って鉛直下方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体６２のカソード側電極３０ｂに供給される。
【００６２】
従って、電解質膜・電極構造体６２では、アノード側電極２８ａ、２８ｂに供給される燃料ガスと、カソード側電極３０ａ、３０ｂに供給される酸化剤ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
【００６３】
また、冷却媒体入口連通孔２２ａに分配して供給された冷却媒体は、第１金属セパレータ６４の冷却媒体流路３８ａ、３８ｂに分配して供給された後、鉛直下方向および鉛直上方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体６２を冷却した後、冷却媒体出口連通孔２２ｂから排出される。
【００６４】
この場合、第２の実施形態では、電解質膜・電極構造体６２を挟んで互いに対向する燃料ガス流路３２ａと酸化剤ガス流路４４ａとは、燃料ガスと酸化剤ガスとが互いに逆方向に流れる対向流を構成する。同様に、電解質膜・電極構造体６２を挟んで互いに対向する燃料ガス流路３２ｂと酸化剤ガス流路４４ｂとは、燃料ガスと酸化剤ガスとが互いに逆方向に流れる対向流を構成する。
【００６５】
さらに、燃料ガス流路３２ａ、３２ｂは、それぞれ燃料ガス直線溝３６の長さ方向（矢印Ｂ方向）の寸法Ｌ１が、複数の前記燃料ガス直線溝３６の幅方向（矢印Ｃ方向）に向かう全幅寸法Ｗ１よりも短尺に構成される（Ｌ１／Ｗ１≦１）。同様に、酸化剤ガス流路４４ａ、４４ｂは、それぞれ酸化剤ガス直線溝４８の長さ方向（矢印Ｂ方向）の寸法Ｌ１が、複数の前記酸化剤ガス直線溝４８の幅方向（矢印Ｃ方向）に向かう全幅寸法Ｗ１よりも短尺に構成される（Ｌ１／Ｗ１≦１）。
【００６６】
これにより、簡単な構成で、固体高分子電解質膜２６を所望の加温状態に有効に維持するとともに、電解質膜・電極構造体６２の発電面内における反応分布を均一に確保することができ、良好な発電性能を維持することが可能になる等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６７】
図９は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池８０の要部分解斜視図であり、図１０は、前記燃料電池８０の一部断面図である。
【００６８】
燃料電池８０は、電解質膜・電極構造体８２が、第１および第２金属セパレータ（またはカーボンセパレータ）８４、８６に挟持されている。電解質膜・電極構造体８２は、固体高分子電解質膜２６を挟持するアノード側電極８８およびカソード側電極９０を備える。アノード側電極８８およびカソード側電極９０は、ガス拡散層９２、９４を有するとともに、このガス拡散層９２、９４は多孔質材、例えば、三菱レイヨン製ＭＦＧ−０７０や東レ製ＴＧＰ−Ｈ−０６０等で形成される。
【００６９】
ガス拡散層９２内は、多孔質形状に構成されているため、燃料ガスが空孔部分を連ねて鉛直上方向に流れるとともに、ガス拡散層９４内は、多孔質形状に構成されているため、酸化剤ガスが空孔部分を連ねて鉛直下方向に流れる。図９に示すように、燃料ガス流路３２は、燃料ガスの流れ方向（矢印Ｂ方向）の寸法Ｌ２が、この流れ方向に交差する幅方向（矢印Ｃ方向）の寸法Ｗ２よりも短尺に構成される（Ｌ２／Ｗ２≦１）。具体的には、寸法Ｌ２はガス拡散層９２の高さ寸法であり、寸法Ｗ２は前記ガス拡散層９２の全幅寸法である。
【００７０】
酸化剤ガス流路４４は、酸化剤ガスの流れ方向（矢印Ｂ方向）の寸法（ガス拡散層９４の高さ）Ｌ２が、この流れ方向に交差する幅方向（矢印Ｃ方向）の寸法（ガス拡散層９２の全幅）Ｗ２よりも短尺に構成される（Ｌ２／Ｗ２≦１）。
【００７１】
燃料ガス流路３２と酸化剤ガス流路４４とは、それぞれのＬ２／Ｗ２を実質的に等しく設定することが望ましい。さらに、具体的には、好ましくは、Ｌ２／Ｗ２＜０．７、より好ましくは、Ｌ２／Ｗ２＜０．５に設定される。
【００７２】
第１金属セパレータ８４は、アノード側電極８８に対向する面８４ａが平坦状に形成される一方、反対の面８４ｂに冷却媒体流路３８が設けられる。第２金属セパレータ８６は、カソード側電極９０に対向する面８６ａおよび反対の面が平坦状に形成される。
【００７３】
このように構成される第３の実施形態では、燃料ガスがアノード側電極８８のガス拡散層９２内に形成された燃料ガス流路３２に沿って、鉛直上方向に流れる。一方、酸化剤ガスがカソード側電極９０のガス拡散層９４内に形成された酸化剤ガス流路４４に沿って、鉛直下方向に流れている。すなわち、燃料ガスと酸化剤ガスとは、互いに逆方向に流れる対向流を構成する。
【００７４】
さらに、燃料ガス流路３２は、燃料ガスの流れ方向の寸法Ｌ２が、この流れ方向に交差する幅方向の寸法Ｗ２よりも短尺に構成される。同様に、酸化剤ガス流路４４は、酸化剤ガスの流れ方向の寸法Ｌ２が、この流れ方向に交差する幅方向の寸法Ｗ２よりも短尺に構成される。
【００７５】
これにより、簡単な構成で、固体高分子電解質膜２６を所望の加温状態に有効に維持するとともに、電解質膜・電極構造体８２の発電面内における反応分布を均一に確保することができ、良好な発電性能を維持することが可能になる等、第１および第２の実施形態と同様の効果が得られる。しかも、第１金属セパレータ８４の面８４ａが平坦状に形成される一方、第２金属セパレータ８６の両面が平坦状に形成される。従って、第１および第２金属セパレータ８４、８６を容易かつ安価に製造することができ、経済的となる。
【００７６】
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池１００の要部分解斜視図である。なお、第２および第３の実施形態に係る燃料電池６０、８０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００７７】
燃料電池１００は、電解質膜・電極構造体１０２が、第１および第２金属セパレータ（またはカーボンセパレータ）１０４、１０６に挟持されている。電解質膜・電極構造体１０２は、固体高分子電解質膜２６の両面にアノード側電極８８ａ、８８ｂとカソード側電極９０ａ、９０ｂとを設ける。アノード側電極８８ａ、８８ｂは、それぞれ多孔質形状のガス拡散層９２を有する一方、カソード側電極９０ａ、９０ｂは、それぞれ多孔質形状のガス拡散層９４を有する。
【００７８】
アノード側電極８８ａ、８８ｂに設けられる各燃料ガス流路３２ａ、３２ｂは、燃料ガスの流れ方向の寸法Ｌ３が、この流れ方向に交差する幅方向の寸法Ｗ３よりも短尺に構成される（Ｌ３／Ｗ３≦１）。同様に、カソード側電極９０ａ、９０ｂに設けられる各酸化剤ガス流路４４ａ、４４ｂは、酸化剤ガスの流れ方向の寸法Ｌ３が、この流れ方向に交差する幅方向の寸法Ｗ３よりも短尺に構成される（Ｌ３／Ｗ３≦１）。
【００７９】
燃料ガス流路３２ａ、３２ｂと酸化剤ガス流路４４ａ、４４ｂとは、それぞれのＬ３／Ｗ３を実質的に等しく設定することが望ましい。さらに、具体的には、好ましくは、Ｌ３／Ｗ３＜０．７、より好ましくは、Ｌ３／Ｗ３＜０．５に設定される。
【００８０】
第１金属セパレータ１０４は、アノード側電極８８ａ、８８ｂに対向する面１０４ａが平坦状に形成される一方、反対の面１０４ｂに冷却媒体流路３８ａ、３８ｂが設けられる。第２金属セパレータ１０６は、カソード側電極９０ａ、９０ｂに対向する面１０６ａおよび反対の面が平坦状に形成される。
【００８１】
このように構成される第４の実施形態では、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池では、電解質・電極構造体が部分的に乾燥したり、滞留水が発生したりすることがなく、簡単な構成で、電解質を所望の加温状態に有効に維持することができ、良好な発電機能を確実に得ることが可能になる。
【００８３】
さらに、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路は、比較的短尺でかつ直線的に設けられているため、酸化剤ガス入口と燃料ガス入口との間隔が小さくなる。これにより、発電面の面方向に沿って移動する燃料ガスおよび酸化剤ガスは、それぞれ出入口近傍間での濃度変化が減少される。従って、発電面内における反応分布を均一に確保することができ、前記発電面内の単位面積当たりの反応比率が向上し、良好な発電性能を維持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視図である。
【図２】前記燃料電池の一部断面図である。
【図３】前記燃料電池を構成する第１金属セパレータの正面説明図である。
【図４】前記第１金属セパレータに設けられている燃料ガス直線溝の幅方向に向かう全幅寸法Ｗの説明図である。
【図５】Ｌ／Ｗと出力電流値との関係説明図である。
【図６】Ｌ／Ｗとカソード側圧損との関係説明図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視図である。
【図８】前記燃料電池を構成する第１金属セパレータの正面説明図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視図である。
【図１０】前記燃料電池の一部断面図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視図である。
【図１２】特許文献１に係るセパレータの正面説明図である。
【符号の説明】
１０、６０、８０、１００…燃料電池
１２、６２、８２、１０２…電解質膜・電極構造体
１４、１６、６４、６６、８４、８６、１０４、１０６…金属セパレータ
２０ａ…酸化剤ガス入口連通孔２０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
２２ａ…冷却媒体入口連通孔２２ｂ…冷却媒体出口連通孔
２４ａ…燃料ガス入口連通孔２４ｂ…燃料ガス出口連通孔
２６…固体高分子電解質膜
２８、８８、８８ａ、８８ｂ…アノード側電極
３０、９０、９０ａ、９０ｂ…カソード側電極
３２、３２ａ、３２ｂ…燃料ガス流路
３６…燃料ガス直線溝３８、３８ａ、３８ｂ…冷却媒体流路
４２…冷却媒体直線溝４４、４４ａ、４４ｂ…酸化剤ガス流路
４８…酸化剤ガス直線溝５０…シール部材
９２、９４…ガス拡散層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell including an electrolyte / electrode structure having electrodes provided on both sides of an electrolyte, and a pair of separators sandwiching the electrolyte / electrode structure.
[0002]
[Prior art]
For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure having an anode electrode and a cathode electrode facing each other on both sides of an electrolyte membrane composed of a polymer ion exchange membrane (cation exchange membrane) is formed by a separator. It is pinched by. This type of fuel cell is usually used as a fuel cell stack by laminating a predetermined number of electrolytes (electrolyte membranes) / electrode structures and separators.
[0003]
In this fuel cell, a fuel gas supplied to the anode side electrode, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter, also referred to as a hydrogen-containing gas) is ionized with hydrogen on the electrode catalyst, and is supplied to the cathode via the electrolyte membrane. Move to the side electrode side. The electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as DC electric energy. Since an oxidant gas, for example, a gas mainly containing oxygen or air (hereinafter also referred to as an oxygen-containing gas) is supplied to the cathode side electrode, hydrogen ions, electrons, And oxygen react to produce water.
[0004]
In the above fuel cell, a fuel gas flow path for flowing a fuel gas along the anode electrode and an oxidizing gas flow path for flowing the oxidizing gas along the cathode electrode are formed in the surface of the separator. Is provided. Further, between the separators, a cooling medium flow path for flowing a cooling medium as necessary is provided along the surface direction of the separator.
[0005]
In this case, a polymer electrolyte fuel cell disclosed in Patent Document 1 is known in order to maintain a desired power generation function and prevent liquid water from staying in a gas flow path.
[0006]
In this Patent Document 1, as shown in FIG. 12, a plurality of linear gas flow grooves 2 are formed in a separator 1, and a dimension H1 of the gas flow grooves 2 in the gas flow direction is determined by the gas flow direction. It is set to 1.5 times the total width dimension H2 of the gas flow channel groove of the path groove 2. Thereby, the fluid resistance value of the gas flow channel 2 can be increased approximately twice as compared with the related art.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-6-333590 (paragraph [0024], FIG. 1)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the electrolyte / electrode structure does not partially dry or generate stagnant water, and the water content of the solid polymer electrolyte membrane constituting the electrolyte / electrode structure is maintained uniformly throughout. To this end, a configuration is adopted in which the flow direction of the oxidizing gas and the flow direction of the fuel gas are set opposite to each other (counter flow).
[0009]
However, in Patent Document 1 described above, since the gas passage groove 2 is long, if an oxidant gas inlet and a fuel gas inlet are provided at both ends of the gas passage groove 2 in the gas flow direction, the oxidant gas The distance (H1) between the inlet and the fuel gas inlet becomes large. Therefore, the oxygen concentration of the oxidizing gas supplied from the oxidizing gas inlet decreases toward the oxidizing gas outlet, that is, toward the fuel gas inlet. Similarly, the fuel gas supplied from the fuel gas inlet has a reduced hydrogen concentration toward the fuel gas outlet, that is, toward the oxidizing gas inlet.
[0010]
Thereby, the oxygen concentration and the hydrogen concentration that react with each other across the electrolyte / electrode structure fluctuate along the surface direction of the power generation surface, and a uniform reaction distribution in the power generation surface can be secured. Therefore, there is a problem that efficient power generation performance cannot be maintained. In addition, the pressure drop increases, and the power generation efficiency of the fuel cell system decreases.
[0011]
The present invention solves this kind of problem, and provides a fuel cell that can secure a uniform reaction distribution in a power generation surface and maintain good power generation performance with a simple configuration. The purpose is to:
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In the fuel cell according to the first aspect of the present invention, a plurality of linear groove-shaped fuel gas flow paths for supplying the fuel gas linearly along one electrode surface are provided between the one separator and the electrode. In addition, between the other separator and the electrode, there are provided a plurality of linear groove-shaped oxidizing gas channels for supplying the oxidizing gas linearly along the other electrode surface. The fuel gas flowing through the fuel gas flow path and the oxidizing gas flowing through the oxidizing gas flow path configure counterflow with each other, and the fuel gas flow path and the oxidizing gas flow path The dimension of the oxidant gas in the flow direction is shorter than the total width dimension intersecting the flow directions of the fuel gas and the oxidant gas.
[0013]
For this reason, the inlet side of the fuel gas flow path having a small amount of water and the outlet side of the oxidizing gas flow path having a large amount of water face each other, and the electrolyte / electrode structure is partially dried or accumulated water is generated. Nothing to do. Therefore, it is possible to maintain the moisture content of the electrolyte constituting the electrolyte / electrode structure as a whole uniformly, with a simple configuration, it is possible to effectively maintain the electrolyte in a desired heated state, It is possible to reliably obtain a good power generation function.
[0014]
Furthermore, since the fuel gas flow path and the oxidizing gas flow path are relatively short and configured in a linear groove shape, the distance between the oxidizing gas inlet and the fuel gas inlet is reduced. Thereby, the concentration change of the fuel gas and the oxidizing gas moving along the surface direction of the power generation surface is reduced between the vicinity of the entrance and the exit. Therefore, the reaction is not partially concentrated in the power generation surface, the reaction is not insufficient, and the reaction distribution in the power generation surface can be uniformly maintained. For this reason, the reaction ratio per unit area in the power generation surface is improved, and good power generation performance can be maintained.
[0015]
Further, in the fuel cell according to claims 2 and 5 of the present invention, the fuel cell is a solid polymer fuel cell provided with a solid polymer electrolyte membrane which is an electrolyte. Thereby, the fuel gas and the oxidizing gas form a counter flow along both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane, and the moisture contained in the oxidizing gas passes through the solid polymer electrolyte membrane to improve the fuel gas. Can be humidified.
[0016]
Furthermore, in the fuel cell according to claims 3 and 6 of the present invention, the separator includes a fuel gas communication hole that penetrates in the stacking direction and communicates with the fuel gas flow path and an oxidant that communicates with the oxidant gas flow path. A gas communication hole is provided to form an internal manifold fuel cell, and the fuel gas communication hole and the oxidizing gas communication hole are arranged at least on both ends in the vertical direction of the separator. Therefore, with a simple configuration, it is possible to reliably prevent generation of stagnant water in the fuel gas flow path and the oxidizing gas flow path under the action of gravity.
[0017]
Furthermore, in the fuel cell according to claim 4 of the present invention, one electrode is provided with a porous fuel gas flow path for supplying a fuel gas along one electrode surface, and the other electrode is provided with A porous oxidant gas flow path for supplying an oxidant gas is provided along the other electrode surface. Specifically, both gas diffusion layers constituting both electrodes are formed of a porous material, and within each gas diffusion layer, a fuel gas flow path and an oxidizing gas flow path are provided so as to connect holes. Can be
[0018]
The fuel gas flowing through the fuel gas flow path and the oxidizing gas flowing through the oxidizing gas flow path constitute counter flows, and the fuel gas flow path and the oxidizing gas flow path In addition, the dimension in the flow direction of the oxidant gas is shorter than the overall width dimension intersecting the flow direction of the fuel gas and the oxidant gas. That is, each gas diffusion layer itself is configured to be wide.
[0019]
Therefore, with a simple configuration, the electrolyte can be effectively maintained in a desired heated state, the reaction distribution in the power generation surface can be uniformly maintained, and good power generation performance can be obtained. Moreover, the surface of the separator that is in contact with the electrolyte / electrode structure is configured to be flat, and the separator can be easily and inexpensively manufactured.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell 10 according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the fuel cell 10.
[0021]
As shown in FIG. 1, a fuel cell 10 has an electrolyte membrane / electrode structure (electrolyte / electrode structure) 12 sandwiched between first and second metal separators 14 and 16. The first and second metal separators 14 and 16 may be formed of, for example, a carbon plate.
[0022]
An oxidizing gas, for example, an oxygen-containing gas, communicates with the fuel cell 10 in the direction of arrow A, which is a stacking direction, at the center of one edge (lower edge) in the direction of arrow B (vertical direction in FIG. 1). Oxidant gas outlet communication hole 20b for discharging the gas is provided. On both sides of the oxidant gas outlet communication hole 20b, two cooling medium inlet communication holes 22a for supplying a cooling medium and two fuel gas inlet communication holes for supplying a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas. 24a are provided in communication with each other in the direction of arrow A.
[0023]
At the center of the other end (upper edge) of the fuel cell 10 in the direction of arrow B (vertical direction in FIG. 1), the fuel for discharging fuel gas is communicated with each other in the direction of arrow A which is a stacking direction. A gas outlet communication hole 24b is provided. On both sides of the fuel gas outlet communication hole 24b, two cooling medium outlet communication holes 22b for discharging the cooling medium and two oxidizing gas inlet communication holes 20a for supplying the oxidizing gas are indicated by arrows. They are provided in communication with each other in the direction A.
[0024]
The electrolyte membrane / electrode structure 12 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 26 in which a thin film of perfluorosulfonic acid is impregnated with water, an anode 28 and a cathode 30 sandwiching the solid polymer electrolyte 26. And
[0025]
The anode 28 and the cathode 30 each have a gas diffusion layer made of carbon paper or the like, and an electrode catalyst formed by uniformly applying porous carbon particles having a platinum alloy supported on the surface thereof to the surface of the gas diffusion layer. And a layer. The electrode catalyst layers are joined to both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 26 so as to face each other with the solid polymer electrolyte membrane 26 interposed therebetween.
[0026]
On a surface 14a of the first metal separator 14 facing the anode electrode 28, a fuel gas flow path 32 having a linear groove shape communicating with the fuel gas inlet communication hole 24a and the fuel gas outlet communication hole 24b is provided. As shown in FIG. 3, the fuel gas flow path 32 includes an inlet buffer portion 34a having a plurality of embosses on the lower side of the surface 14a, an outlet buffer portion 34b having a plurality of embosses on the upper side of the surface 14a, A plurality of fuel gas straight grooves 36 are provided between the inlet buffer portion 34a and the outlet buffer portion 34b so as to extend linearly in the vertical direction (the direction of arrow B).
[0027]
In the fuel gas flow path 32, the dimension (dimension in the fuel gas flow direction) L in the length direction (arrow B direction) of the fuel gas straight groove 36 is set in the width direction (arrow C direction) of the plurality of fuel gas straight grooves 36. ) Is shorter than the overall width W (width crossing the fuel gas flow direction). That is, L / W ≦ 1 is set. As shown in FIG. 4, the total width dimension W is a distance between the fuel gas straight grooves 36 provided at both ends in the width direction of the first metal separator 14.
[0028]
As shown in FIG. 1, a cooling medium flow path 38 communicating with the cooling medium inlet communication hole 22 a and the cooling medium outlet communication hole 22 b is formed on the surface 14 b of the first metal separator 14. The cooling medium flow path 38 includes an inlet buffer 40a provided with a plurality of embosses on the lower side of the surface 14b, an outlet buffer 40b provided with a plurality of embosses on the upper side of the surface 14b, the inlet buffer 40a and the A plurality of cooling medium linear grooves 42 are provided extending linearly in the direction of arrow B between the outlet buffer portions 40b.
[0029]
On the surface 16a of the second metal separator 16 facing the cathode electrode 30, a straight groove-shaped oxidizing gas flow path 44 communicating with the oxidizing gas inlet communication hole 20a and the oxidizing gas outlet communication hole 20b is provided. . The oxidizing gas passage 44 includes an outlet buffer 46b having a plurality of embosses on the lower side of the surface 16a, an inlet buffer 46a having a plurality of embosses on the upper side of the surface 16a, the inlet buffer 46a and the A plurality of oxidizing gas linear grooves 48 are provided extending linearly in the direction of arrow B between the outlet buffer portions 46b.
[0030]
In the oxidizing gas flow path 44, the dimension (dimension in the flow direction of the oxidizing gas) L in the length direction (the direction of the arrow B) of the oxidizing gas linear groove 48 is the width direction of the plurality of oxidizing gas It is configured to be shorter than the total width dimension (width dimension intersecting with the flow direction of the oxidizing gas) W toward (in the direction of arrow C). That is, L / W ≦ 1 is set.
[0031]
It is desirable that the fuel gas flow path 32 and the oxidizing gas flow path 44 have substantially the same L / W. This is because the fuel gas supplied to the fuel gas channel 32 and the oxidant gas supplied to the oxidant gas channel 44 become equal, and a uniform reaction is performed. Specifically, L / W <0.7 is preferably set, and more preferably L / W <0.5.
[0032]
The oxidizing gas flow path 44 is set so that the oxidizing gas flows vertically downward, while the fuel gas flow path 32 is set so that the fuel gas flows vertically upward. Means opposite flows flowing in opposite directions.
[0033]
On the surfaces 14a and 14b of the first metal separator 14 and the surface 16a of the second metal separator 16, a seal member 50 is provided integrally by, for example, baking. The seal member 50 uses, for example, a seal material such as EPDM, NBR, fluoro rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene, or acrylic rubber, a cushion material, or a packing material. .
[0034]
The operation of the fuel cell 10 configured as described above will be described below.
[0035]
First, as shown in FIG. 1, a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the two fuel gas inlet communication holes 24a, and an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the two oxidant gas inlet communication holes 20a. Supplied. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the two cooling medium inlet communication holes 22a.
[0036]
For this reason, the fuel gas moves in the direction of arrow A on the lower side of the fuel cell 10 and is supplied to the fuel gas flow path 32 of the first metal separator 14. As shown in FIG. 3, in the fuel gas flow path 32, the fuel gas is dispersed into the plurality of fuel gas straight grooves 36 via the inlet buffer portion 34a, and moves vertically upward along the fuel gas straight grooves 36. While being supplied to the anode electrode 28 of the electrolyte membrane / electrode structure 12.
[0037]
On the other hand, the oxidizing gas is supplied to the oxidizing gas flow path 44 of the second metal separator 16 by moving in the direction of arrow A on the upper side of the fuel cell 10 as shown in FIG. In the oxidizing gas flow path 44, the oxidizing gas is dispersed into the plurality of oxidizing gas linear grooves 48 via the inlet buffer portion 46 a, and moves vertically downward along the oxidizing gas linear grooves 48 while the electrolyte flows. It is supplied to the cathode 30 of the membrane / electrode assembly 12.
[0038]
Therefore, in the electrolyte membrane / electrode structure 12, the fuel gas supplied to the anode 28 and the oxidant gas supplied to the cathode 30 are consumed by the electrochemical reaction in the electrode catalyst layer, and the power is generated. Is performed.
[0039]
Next, the fuel gas supplied to and consumed by the anode 28 is discharged in the direction of arrow A from the outlet buffer 34b through the fuel gas outlet communication hole 24b. Similarly, the oxidizing gas supplied to and consumed by the cathode 30 is discharged in the direction of arrow A from the outlet buffer 46b through the oxidizing gas outlet communication hole 20b.
[0040]
Further, the cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 22a is supplied to the cooling medium flow path 38 of the first metal separator 14, and then flows vertically upward. This cooling medium is discharged from the cooling medium outlet communication hole 22b after cooling the electrolyte membrane / electrode structure 12.
[0041]
In this case, in the first embodiment, the fuel gas flows vertically upward along the fuel gas flow path 32, while the oxidizing gas flows vertically downward along the oxidizing gas flow path 44. The fuel gas and the oxidizing gas form a counterflow that flows in opposite directions.
[0042]
For this reason, the inlet side of the fuel gas flow path 32 having a small amount of water and the outlet side of the oxidizing gas flow path 44 having a large amount of water face each other, and the solid polymer electrolyte membrane 26 is separated from the oxidizing gas flow path 44. The permeated moisture is supplied to the fuel gas channel 32. Accordingly, the electrolyte membrane / electrode structure 12 does not partially dry or generate stagnant water. Therefore, it is possible to maintain the water content of the solid polymer electrolyte membrane 26 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 12 uniform as a whole.
[0043]
In addition, since the fuel gas and the oxidizing gas flow in the vertical direction, it is possible to reliably prevent the generation of water in the fuel gas passage 32 and the oxidizing gas passage 44. Accordingly, with a simple configuration, the solid polymer electrolyte membrane 26 can be effectively maintained in a desired heated state, and a good power generation function can be reliably obtained.
[0044]
Further, in the fuel gas flow path 32, the dimension L in the length direction (arrow B direction) of the fuel gas straight groove 36 is larger than the total width dimension W of the plurality of fuel gas straight grooves 36 in the width direction (arrow C direction). Are also short (L / W ≦ 1). Similarly, in the oxidizing gas flow path 44, the dimension L of the oxidizing gas straight groove 48 in the length direction (direction of arrow B) is directed to the width direction of the plurality of oxidizing gas straight grooves 48 (direction of arrow C). It is configured to be shorter than the full width dimension W (L / W ≦ 1).
[0045]
For this reason, the fuel gas flow path 32 and the oxidizing gas flow path 44 are relatively short and linearly provided, and the distance between the fuel gas inlet communication hole 24a and the oxidizing gas inlet communication hole 20a is reduced. Thereby, the concentration change of the reaction gas (fuel gas and oxidizing gas) moving along the surface direction of the power generation surface between the vicinity of the entrance and the exit is reduced. Therefore, the reaction does not partially concentrate in the power generation surface of the electrolyte membrane / electrode structure 12 or the reaction does not become insufficient, and a uniform reaction distribution in the power generation surface can be ensured. . For this reason, the effect that the reaction ratio per unit area in a power generation surface improves, and it becomes possible to maintain favorable power generation performance is obtained.
[0046]
Specifically, the output current value I (A / cm ² ), The result shown in FIG. 5 was obtained. Accordingly, when L / W> 1, the concentration gradient due to gas consumption becomes large at the inlet, center and outlet of the reaction gas, making uniform reaction difficult, or causing insufficient concentration of one of the gases, and Power generation performance cannot be secured. Further, when L / W exceeds 1 and becomes large, the generated water tends to accumulate from the reaction gas inlet to the reaction gas outlet in a cumulative manner, and the reaction gas flow path is clogged, so that the power generation performance is apt to deteriorate.
[0047]
Further, as shown in FIG. 6, when L / W ≦ 1, the pressure loss (cathode side) is maintained within an allowable value. Therefore, the size of the compressor for supplying the reaction gas to the fuel cell 10 does not increase, and the entire equipment can be effectively reduced in size.
[0048]
Moreover, the reaction between the high-concentration fuel gas and the high-concentration oxidant gas does not concentrate on a part of the power generation surface of the electrolyte membrane / electrode structure 12. For this reason, it is possible to prevent the durable life of the electrolyte membrane / electrode structure 12 from being shortened, and to be able to use the electrolyte membrane / electrode structure 12 satisfactorily for a long period of time.
[0049]
FIG. 7 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell 60 according to a second embodiment of the present invention. The same components as those of the fuel cell 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted. Further, also in the third and fourth embodiments described below, the detailed description is similarly omitted.
[0050]
In the fuel cell 60, an electrolyte membrane / electrode structure 62 is sandwiched between first and second metal separators (or carbon separators) 64 and 66. One end (lower edge) and the other end (upper edge) of the fuel cell 60 in the direction of arrow B (vertical direction in FIG. 7) communicate with each other in the direction of arrow A, which is the stacking direction. , A fuel gas outlet communication hole 24b, two cooling medium outlet communication holes 22b, and two oxidant gas inlet communication holes 20a.
[0051]
An oxidizing gas outlet communication hole 20b, two cooling medium inlet communication holes 22a, and two fuel gas inlet communication holes 24a communicate with each other in the direction of arrow A at an intermediate portion of the fuel cell 60 in the direction of arrow B. Provided.
[0052]
The electrolyte membrane / electrode structure 62 includes a solid polymer electrolyte membrane 26 elongated in the direction of arrow B. On both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 26, anode-side electrodes 28a and 28b and cathode-side electrodes 30a and 30b Are arranged in the vertical direction.
[0053]
As shown in FIG. 8, on the surface 64a of the first metal separator 64, fuel gas flow paths 32a and 32b are provided vertically facing the anode electrodes 28a and 28b. The fuel gas flow path 32a allows the fuel gas to flow vertically downward, while the fuel gas flow path 32b allows the fuel gas to flow vertically upward. In the fuel gas flow paths 32a and 32b, the dimension L1 in the length direction (the direction of the arrow B) of the fuel gas straight groove 36 is the total width dimension W1 in the width direction (the direction of the arrow C) of the plurality of fuel gas straight grooves 36. (L1 / W1 ≦ 1).
[0054]
As shown in FIG. 7, cooling medium channels 38a and 38b are formed on the surface 64b of the first metal separator 64 so as to be arranged in the vertical direction. The cooling medium flow path 38a allows the cooling medium to flow vertically downward, while the cooling medium flow path 38b allows the cooling medium to flow vertically upward.
[0055]
On the surface 66a of the second metal separator 66, oxidant gas flow paths 44a, 44b are provided in the vertical direction so as to face the cathode electrodes 30a, 30b. The oxidizing gas flow path 44a allows the oxidizing gas to flow vertically upward, while the oxidizing gas flow path 44b allows the oxidizing gas to flow vertically downward.
[0056]
In the oxidizing gas flow paths 44a and 44b, the dimension L1 in the length direction (arrow B direction) of the oxidizing gas linear groove 48 is directed in the width direction (arrow C direction) of the plurality of oxidizing gas linear grooves 48. It is configured to be shorter than the full width dimension W1 (L1 / W1 ≦ 1).
[0057]
It is desirable that the fuel gas flow paths 32a and 32b and the oxidizing gas flow paths 44a and 44b have L1 / W1 substantially equal to each other. More specifically, L1 / W1 <0.7 is more preferably set, and L1 / W1 <0.5 is more preferably set.
[0058]
The fuel gas flow path 32a and the oxidizing gas flow path 44a that face each other across the electrolyte membrane / electrode structure 62 constitute a counterflow in which the fuel gas and the oxidizing gas flow in opposite directions. Similarly, the fuel gas flow path 32b and the oxidizing gas flow path 44b that face each other across the electrolyte membrane / electrode structure 62 form a counterflow in which the fuel gas and the oxidizing gas flow in opposite directions.
[0059]
In the second embodiment configured as described above, the fuel gas is supplied to the two fuel gas inlet communication holes 24a, and the oxidant gas is supplied to the four oxidant gas inlet communication holes 20a. Further, the cooling medium is supplied to the two cooling medium inlet communication holes 22a.
[0060]
For this reason, the fuel gas moves in the direction of arrow A on the intermediate portion side of the fuel cell 60 and is distributed and supplied to the fuel gas flow paths 32 a and 32 b of the first metal separator 64. As shown in FIG. 8, in the fuel gas flow passage 32a, the fuel gas is supplied to the anode 28a of the electrolyte membrane / electrode structure 62 while moving vertically downward along the plurality of fuel gas straight grooves 36. You. On the other hand, in the fuel gas passage 32b, the fuel gas is supplied to the anode 28b of the electrolyte membrane / electrode structure 62 while moving vertically upward along the plurality of fuel gas straight grooves 36.
[0061]
As shown in FIG. 7, the oxidizing gas moves on the lower side and the upper side of the fuel cell 60 in the direction of arrow A and is supplied to the oxidizing gas channels 44a and 44b of the second metal separator 66. . In the oxidizing gas flow path 44a, the oxidizing gas is supplied to the cathode 30a of the electrolyte membrane / electrode structure 62 while moving vertically upward along the plurality of oxidizing gas linear grooves 48. On the other hand, in the oxidizing gas flow path 44b, the oxidizing gas is supplied to the cathode 30b of the electrolyte membrane / electrode structure 62 while moving vertically downward along the plurality of oxidizing gas linear grooves 48.
[0062]
Therefore, in the electrolyte membrane / electrode structure 62, the fuel gas supplied to the anode electrodes 28a and 28b and the oxidant gas supplied to the cathode electrodes 30a and 30b are formed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer. It is consumed and power is generated.
[0063]
Further, the cooling medium distributed and supplied to the cooling medium inlet communication holes 22a is distributed to and supplied to the cooling medium flow paths 38a and 38b of the first metal separator 64, and then flows vertically downward and vertically upward. I do. After cooling the electrolyte membrane / electrode structure 62, the cooling medium is discharged from the cooling medium outlet communication hole 22b.
[0064]
In this case, in the second embodiment, the fuel gas flow path 32a and the oxidizing gas flow path 44a that face each other with the electrolyte membrane / electrode structure 62 interposed therebetween are such that the fuel gas and the oxidizing gas flow in opposite directions. Construct a flowing countercurrent. Similarly, the fuel gas flow path 32b and the oxidizing gas flow path 44b that face each other across the electrolyte membrane / electrode structure 62 form a counterflow in which the fuel gas and the oxidizing gas flow in opposite directions.
[0065]
Further, each of the fuel gas flow paths 32a and 32b has a dimension L1 in the length direction (arrow B direction) of the fuel gas straight groove 36, the total width of the plurality of fuel gas straight grooves 36 in the width direction (arrow C direction). It is configured to be shorter than the dimension W1 (L1 / W1 ≦ 1). Similarly, in the oxidizing gas flow paths 44a and 44b, the dimension L1 of the oxidizing gas linear groove 48 in the length direction (the direction of arrow B) is set to the width direction of the plurality of oxidizing gas linear grooves 48 (the direction of arrow C) ) (L1 / W1 ≦ 1).
[0066]
Thereby, with a simple configuration, the solid polymer electrolyte membrane 26 can be effectively maintained at a desired heated state, and the reaction distribution in the power generation surface of the electrolyte membrane / electrode structure 62 can be uniformly secured. The same effects as in the first embodiment can be obtained, such as maintaining good power generation performance.
[0067]
FIG. 9 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell 80 according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a partial cross-sectional view of the fuel cell 80.
[0068]
In the fuel cell 80, an electrolyte membrane / electrode structure 82 is sandwiched between first and second metal separators (or carbon separators) 84 and 86. The electrolyte membrane / electrode structure 82 includes an anode 88 and a cathode 90 sandwiching the solid polymer electrolyte membrane 26. The anode-side electrode 88 and the cathode-side electrode 90 have gas diffusion layers 92 and 94, and the gas diffusion layers 92 and 94 are made of a porous material such as MFG-070 manufactured by Mitsubishi Rayon and TGP-H-060 manufactured by Toray. Is formed.
[0069]
Since the inside of the gas diffusion layer 92 is formed in a porous shape, the fuel gas flows vertically upward connecting the holes, and the inside of the gas diffusion layer 94 is formed in a porous shape. The oxidizing gas flows vertically downward by connecting the holes. As shown in FIG. 9, the fuel gas flow path 32 is configured such that the dimension L2 in the fuel gas flow direction (arrow B direction) is shorter than the dimension W2 in the width direction (arrow C direction) intersecting this flow direction. (L2 / W2 ≦ 1). Specifically, the dimension L2 is a height dimension of the gas diffusion layer 92, and the dimension W2 is a full width dimension of the gas diffusion layer 92.
[0070]
The oxidizing gas channel 44 has a dimension (gas direction) in which a dimension (height of the gas diffusion layer 94) L2 in the direction of flow of the oxidizing gas (direction of arrow B) intersects this direction of flow. (The entire width of the diffusion layer 92) W2 (L2 / W2 ≦ 1).
[0071]
It is desirable that the fuel gas flow path 32 and the oxidizing gas flow path 44 have L2 / W2 substantially equal to each other. More specifically, L2 / W2 <0.7 is more preferably set, and L2 / W2 <0.5 is more preferably set.
[0072]
The first metal separator 84 has a flat surface 84a facing the anode-side electrode 88, while the coolant flow channel 38 is provided on the opposite surface 84b. The second metal separator 86 has a surface 86a facing the cathode-side electrode 90 and a surface opposite to the surface 86a formed flat.
[0073]
In the third embodiment configured as described above, the fuel gas flows vertically upward along the fuel gas flow path 32 formed in the gas diffusion layer 92 of the anode 88. On the other hand, the oxidizing gas flows vertically downward along the oxidizing gas flow path 44 formed in the gas diffusion layer 94 of the cathode electrode 90. That is, the fuel gas and the oxidizing gas form counterflows flowing in opposite directions.
[0074]
Further, the fuel gas flow path 32 is configured such that the dimension L2 in the flow direction of the fuel gas is shorter than the dimension W2 in the width direction intersecting the flow direction. Similarly, the oxidizing gas flow path 44 is configured such that a dimension L2 in the flowing direction of the oxidizing gas is shorter than a dimension W2 in the width direction intersecting the flowing direction.
[0075]
Thus, with a simple configuration, the solid polymer electrolyte membrane 26 can be effectively maintained at a desired heated state, and the reaction distribution in the power generation surface of the electrolyte membrane / electrode structure 82 can be uniformly secured. The same effects as those of the first and second embodiments can be obtained, for example, it is possible to maintain good power generation performance. Moreover, the surface 84a of the first metal separator 84 is formed flat, while both surfaces of the second metal separator 86 are formed flat. Therefore, the first and second metal separators 84 and 86 can be easily and inexpensively manufactured, which is economical.
[0076]
FIG. 11 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell 100 according to a fourth embodiment of the present invention. The same components as those of the fuel cells 60 and 80 according to the second and third embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0077]
In the fuel cell 100, an electrolyte membrane / electrode structure 102 is sandwiched between first and second metal separators (or carbon separators) 104 and 106. The electrolyte membrane / electrode structure 102 is provided with anode-side electrodes 88a and 88b and cathode-side electrodes 90a and 90b on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 26. The anode electrodes 88a and 88b each have a porous gas diffusion layer 92, while the cathode electrodes 90a and 90b each have a porous gas diffusion layer 94.
[0078]
Each of the fuel gas flow paths 32a and 32b provided in the anode electrodes 88a and 88b is configured such that a dimension L3 in the fuel gas flow direction is shorter than a dimension W3 in the width direction intersecting the flow direction (L3 / W3 ≦ 1). Similarly, each of the oxidizing gas channels 44a and 44b provided in the cathode-side electrodes 90a and 90b is configured such that the dimension L3 of the oxidizing gas in the flow direction is shorter than the dimension W3 of the width direction intersecting the flow direction. (L3 / W3 ≦ 1).
[0079]
It is desirable that the fuel gas flow paths 32a and 32b and the oxidizing gas flow paths 44a and 44b have L3 / W3 substantially equal to each other. More specifically, L3 / W3 <0.7 is more preferably set, and L3 / W3 <0.5 is more preferably set.
[0080]
The first metal separator 104 has a flat surface 104a facing the anode-side electrodes 88a and 88b, while the coolant flow channels 38a and 38b are provided on the opposite surface 104b. In the second metal separator 106, the surface 106a facing the cathode-side electrodes 90a and 90b and the opposite surface are formed flat.
[0081]
In the fourth embodiment configured as described above, the same effects as those of the above-described first to third embodiments can be obtained.
[0082]
【The invention's effect】
In the fuel cell according to the present invention, the electrolyte / electrode structure does not partially dry or generate stagnant water, and the electrolyte is effectively maintained at a desired heated state with a simple configuration. And a good power generation function can be reliably obtained.
[0083]
Furthermore, since the fuel gas flow path and the oxidizing gas flow path are relatively short and provided linearly, the distance between the oxidizing gas inlet and the fuel gas inlet is reduced. Thereby, the concentration change of the fuel gas and the oxidizing gas moving along the surface direction of the power generation surface is reduced between the vicinity of the entrance and the exit. Therefore, a uniform reaction distribution in the power generation plane can be ensured, the reaction ratio per unit area in the power generation plane can be improved, and good power generation performance can be maintained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the fuel cell.
FIG. 3 is an explanatory front view of a first metal separator constituting the fuel cell.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a total width dimension W of a fuel gas straight groove provided in the first metal separator in a width direction.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a relationship between L / W and an output current value.
FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between L / W and cathode-side pressure loss.
FIG. 7 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory front view of a first metal separator constituting the fuel cell.
FIG. 9 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a partial cross-sectional view of the fuel cell.
FIG. 11 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is an explanatory front view of a separator according to Patent Document 1.
[Explanation of symbols]
10, 60, 80, 100 ... fuel cell
12, 62, 82, 102 ... electrolyte membrane / electrode structure
14, 16, 64, 66, 84, 86, 104, 106 ... metal separator
20a: Oxidizing gas inlet communication hole 20b: Oxidizing gas outlet communication hole
22a: Cooling medium inlet communication hole 22b: Cooling medium outlet communication hole
24a: fuel gas inlet communication hole 24b: fuel gas outlet communication hole
26 ... Solid polymer electrolyte membrane
28, 88, 88a, 88b ... Anode side electrode
30, 90, 90a, 90b ... cathode side electrode
32, 32a, 32b ... fuel gas flow path
36 ... Fuel gas straight groove 38,38a, 38b ... Cooling medium flow path
42 ... cooling medium linear grooves 44, 44a, 44b ... oxidant gas flow path
48 ... Oxidant gas straight groove 50 ... Seal member
92, 94: gas diffusion layer

Claims

An electrolyte-electrode structure provided with electrodes on both sides of the electrolyte, and a fuel cell provided with a pair of separators sandwiching the electrolyte-electrode structure,
A plurality of linear groove-shaped fuel gas flow paths for supplying the fuel gas linearly along one electrode surface are provided between the one separator and the electrode,
Between the other separator and the electrode, a plurality of linear groove-shaped oxidizing gas flow paths for supplying the oxidizing gas linearly along the other electrode surface are provided,
The fuel gas flowing through the fuel gas flow path and the oxidizing gas flowing through the oxidizing gas flow path constitute counterflow with each other,
The fuel gas flow path and the oxidizing gas flow path are configured such that a dimension in a flow direction of the fuel gas and the oxidizing gas is shorter than an overall width dimension intersecting a flow direction of the fuel gas and the oxidizing gas. A fuel cell, characterized in that:

2. The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell is a solid polymer fuel cell provided with a solid polymer electrolyte membrane serving as the electrolyte.

3. The fuel cell according to claim 1, wherein the separator has a fuel gas communication hole that penetrates in the stacking direction and communicates with the fuel gas channel and an oxidant gas communication hole that communicates with the oxidant gas channel. To provide an internal manifold fuel cell,
The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel gas communication hole and the oxidizing gas communication hole are arranged at least at both ends in the vertical direction of the separator.

An electrolyte-electrode structure provided with electrodes on both sides of the electrolyte, and a fuel cell provided with a pair of flat separators sandwiching the electrolyte-electrode structure and having a flat surface in contact with the electrolyte-electrode structure,
One electrode is provided with a porous fuel gas flow path for supplying a fuel gas along one electrode surface,
The other electrode is provided with a porous oxidant gas flow path for supplying an oxidant gas along the other electrode surface,
The fuel gas flowing through the fuel gas flow path and the oxidizing gas flowing through the oxidizing gas flow path constitute counterflow with each other,
The fuel gas flow path and the oxidizing gas flow path are configured such that the dimension in the flow direction of the fuel gas and the oxidizing gas is shorter than the overall width dimension intersecting the flow direction of the fuel gas and the oxidizing gas, respectively. A fuel cell characterized by being performed.

5. The fuel cell according to claim 4, wherein the fuel cell is a polymer electrolyte fuel cell provided with a polymer electrolyte membrane serving as the electrolyte.

6. The fuel cell according to claim 4, wherein the separator has a fuel gas communication hole that penetrates in the stacking direction and communicates with the fuel gas channel and an oxidant gas communication hole that communicates with the oxidant gas channel. 7. To provide an internal manifold fuel cell,
The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel gas communication hole and the oxidizing gas communication hole are arranged at least at both ends in the vertical direction of the separator.